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Bezeichnung;: "Verbrennungsmotor mit einer verbesserten Ver= brennung
des Gasgemisches und einem geringeren Gehalt an schäddlichen Gasen und Kohlenwasser=
stoffen im Abgas." Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ver= brennungsmotor
mit einer verbesserten Verbrennung des Gas= gemisches. Insbesondere bezieht sie
sich auf einen sowohl nach dem Otto- als auch nach dem Dieselverfahren arbeiten=
den neuen Verbrennungsmotor, sei es ein Zweitakter sei es ein Viertakter, der durch
eine verbesserte Verbrennung des Gas gemisches und eine bessere Annäherung des wirklichen
Arbeits= zyklus an den theoretischen gekennzeichnet ist.
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Es ist bekannt, dass man bei Verbrennungsmotoren -trotz der zahlreichen
Verbesserungen, die bisher in den ver= schiedenen Zufuhrsystemen durchgeführt worden
sind - immer noch sehr weit von den für eine vollkommene Verbrennung er= forderlichen
optimalen Bedingungen entfernt ist. Daraus folgt ein grösserer Kraftstoffverbrauch,und
ausserdem beträgt der Gehalt an Kohlenoxyd und. an unverbrannten Kohlenwasserstoffen
mehr als 1% bzw. O,2O im Auspuffgas von Kraftfahrzeugen mit Viertaktmotor, wobei
bei Zweitaktmotoren diese Anteile noch grdsser sind.
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Bekannt ist auch, dass das Kohlenoxyd und die unter brannten Kohlenwasserstoffe
nicht nur einen unausgenützend Teil des Gasgemisches darstellen, sondern auch gesundheits.
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schädlich sind. Insbesondere wirkt sich das Kohlenoxid aufgrund seiner
Reaktion mit dem Hämoglobin sehr giftig aus, während den Kohlenwasserstoffen, insbesondere
den Benzolkohlenwasser= stoffen, normalerweise eine krebserregende Wirkung zugeschriei
ben wird. Andererseits sind die zahlreichen bisher zur Besei=* tigung dieser schädlichen
Gase vorgeschlagenen Systeme ( wie Nachverbrennung' Rücklauf der Auspuffgase usw.>
- wobei gleicht zeitig auch ein verminderter Kraftstoffverbrauch angestrebt wird
- noch nicht ausreichend verbessert, und sie verlangen zahlreiche Abänderungen der
Antribsmaschinen sowie zusätzliche Vorrichtungen, die umständlich und teuer sind.
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Man hat nun gefunden, dass der Hauptgrund für diese mangelhafte Verbrennung
hauptsächlich in der äusserst begrenz=
ten Mindestzeit liegt, die
für die Verwirklichung der op= timalen Mischungs- und Verbrennungsbedingungen zur
Verfü= gung steht. Dies ist deutlich erkennbar wenn man bedenkt, dass ein mit 5000
U/min arbeitender Motor beim Verbrennungs= hub einen Bogen von 300 um den oberen
Totpunkt in weniger als einer Millisekunde durchläuft. Daraus ergibt sich eine beträchtliche
Raumveränderung während des Verbrennungshubs, wogegen die Verbrennung bei Ottomotoren
theoretisch bei -gleichbleibendem Raumstattfinden sollte. Ausserdem kann die Vollendung
der Verbrennung nicht innerhalb der obenerwähnten beschränkten Zeiträume erfolgen,
sodass man bei Ottomotoren,um ein regel= mässiges -Arbeiten zu erreichen bei hohen
Drehzahlen eine 30-35° betragende Zündvorverstellung vornehmen muss, während man
zur Ausnutzung der ganzen Verbrennungsmittelladung (Sauer= stoff), die den Zylindern
zugefthrt worden ist, und zur Errei= chung der höchstmöglichen Leistung gezwungen
ist, den Zylin= dern ein reiches Gemisch zuzuführen, wobei der Verbrauch gesteigert
wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu= grunde, einen neuen
Verbrennungsmotor zu schaffen, der den Zustand des Gasgemisches verbessert und daher
ein wirschaft= licheres Dasieren des Kraftstoffes erlaubt.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einaiNotor zu schaffen,
bei dem die Nuxtzzeit ftlr eine bessere Verbrennung verlängert wird, sodass eine
wesentliche Vermin= derung des Gehaltes an Kohlenoxyd und unverbrannten Kohlen=
wasserstoffen im Abgas von Verbrennungsmotoren erreicht wird.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch
einen mit wenigstens einem Zylinder und einem mit der Antriebswelle verbundenen
Kolben versehenen Verbrennungsmotor gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Hubraum jedes Zylinders auf ein Paar nebeneinanderliegen de Zylinder verteilt
ist, die eine gemeinsame Verbrennungs= kammer besitzen und deren Kolben mit der
Antriebswelle derart verbunden sind, dass während eines gewissen Drehbogens der
Welle die Kolben die entsprechenden oberen Totpunkte in auf= einanderfolgenden Zeiten
erreichen, wobei der Raum der Ver= brennungskammer nahezu gleich bleibt.
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Weitere Zwecke, Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemässen
Verbrennungsmotors werden dem Fachmann aufgrund der folgenden ausführlichen Beschreibung
einiger Ausführungsformen verstndlich, die als Beispiele und keines= wegs einschränkend
aufgeführt werden, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Es zeigen: Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines nach dem
Zweitaktverfahren arbeitenden Motors gemäss vorlie= gender Erfindung; und Figur
2 eine schematische Schnittansicht eines nach dem Viertaktverfahren arbeitenden
Motors gemäss vorlie= gender Erfindung.
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Es ist selbstverständlich, dass ausser den beiden in den beigefügten
Zeichnungen gezeigten und im folgenden beschriebenen Ausführungsformen andere Konstruktionsvarianten
des erfindungsgemässen Motors möglich sind, und zwar je nach dem dem Motor eigenen
Kreisprozess und der Art und Anwendung~~~ des Motors selbst.
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In Figur 1 wird eine entlang einer zur Motorachse senkrecht verlaufenden
Ebene genommene Schnittansicht einer möglichen Ausfthrungsform eines erfindungsgemässen
Motors mit Zweitaktverfahren dargestellt. Gemäss dem grundlegenden Merkmal der Erfindung,
wurde der Hubraum des Zylinders in zwei parallele Zylinder aufgeteilt, die eine
gemeinsame Ver= brennungskammer besitzen, wobei derjenige dem Kolben 1 und dem Pleuel
2 zugeordnete Zylinder der Auslasszylinder und derjenige dem Kolben 3 und dem Pleuel
4 zugeordnete Zylinder der Einlasszylinder ist. Die beiden Kolben sorgen somit für
die Öffnung und Schliessung der Auslass- bzw. Einlassöffnungen.
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In Figur 1 sind der Kolben 1 und dãs~Pleuel 2 des Auslass= zylinders
mit Vollinie und ddr Kolben 3 und der Pleuel 4 des Einlasszylinders mit Strichlinie
eingezeichnet.
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Es ist klar, dass die Stellung der Antriebswelle, wenn sich der Kolben
1 am oberen Totpunkt befindet, wobei diese Stellung in der Figur mit P1 bezeichnet
ist, nicht mit der angenommelnen Stellung P2 in dem Augenblick übereinstimmt, in
dem sich der Kolben 4 an seinem oberen Totpunkt befindet. Zwischen
den
beiden Totpunkten durchlauft die Antriebswelle den Dreh= winkel α, währenddessen
der Raum der Verbrennungskammer 5, die den beiden Zylindern gemeinsam ist, praktisch
gleich bleibt. Nachdem der Kolben 1 seinen oberen Totpunkt erreicht hat und.seinen
Abwärtshub mit nachfolgendem Zunehmen des Verbrennungskammerraumes beginnt, ist
der Kolben 3 tatsächlich noch im Begriff bis zu seinem oberen Totpunkt zu steigen,
wobei er eine Verminderung des Raumes des ihm zustehenden Teiles der Verbrennungskammer
bewirkt. Man hat somit beim Durchlaufen des Drehwinkels OL der Antriebswelle zwei
Änderungen des Gesamtraumes der Verbrennungskammer 5 mit entgegengesetztem vorzeichen,
jedoch im absoluten Wert fast gleich ,weshalb der Raum der Verbrennungskammer während
der gesamten Zeit in der die Antriebswelle den Winkel asc durchläuft,praktisch konstant
bleibt.
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In Figur 1 ist eine Ausführung dargestellt, in der die Achsen der
beiden gekuppelten Zylinder parallel oder leicht geneigt mit Bezug auf die durch
die Antriebsachse verlaufende mittlere Längsebene liegen. Es ist auch eine Variante
dieser Ausführung vorgesehen, nach welcher ~~~ die gekuppelten Zylinder, die eine
einzige gemeinsame Verbrennungskammer au£= weisen, auf der Längsebene des Motors
aufgerichtet angeordnet sind. In diesem Fall wird die Massnahme getroffen, die Kurbel=
zapfen, auf welche die Pleuel der gekuppelten Zylinder einwir= ken, versetzt vorzusehen,
so daß man die gewünschte Versetzung der Totpunkte der entsprechenden Kolben erhält.
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Mit beiden oben aufgeführten Lösungen erreicht man ausser der Versetzung
der Totpunkte der Kolben der gekuppelten Zylinder den Vorteil, dass sowohl die Offnung
als auch die Schliessung der Auslassöffnungen gegenüber der Öffnung und Schliessung
der Einlassbffnungen vorgestellt sind. Hierbei wird der Verlust an frischem Gemisch,
der bei den herkömmli= chen Motoren durch die Auslassöffnungen eintritt , offensicht=
lich vermindert. Dies wurde in Figur 1 als Funktion des Dreh= winkels der Antriebswelle
6. durch Eintragen der beiden B6gen S und A, die den Auslass- bzw. Einlasshub zeigen,
dargestellt, wobei deren Anfangspunkte AS und AA bzw. Endpunkte CS und CA um einen
Winkel ß bzw. f versetzt sind. Die Maßnahme , den
Verschluss der
Auslassbffnungen (bei CS) etwas vorzeitig (Winkel γ ) gegenüber dem Verschluss
der Einlassöffnungen (bei CA) vorzusehen, ermöglicht neue und äusserst vorteil hafte
Arbeits- und Spülbedingungen. Man hat tatsächlich weit geringere Verluste beim Auslassen
und erreicht eine bessere Füllung aufgrund des Ruhedrucks des Zufuhrstromes des
Ge= misches in den beiden gekoppelten Zylindern.
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im Fall von Viertaktern kann die Erfindung-neben den beiden beschriebenen
Ausfilhrungen für Zweitakter, natür= lich mit den nötigen Abänderungen, eine weitere
in Figur 2 dargestellte Ausführungsform annehmen.
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Nach dieser Variante ist der Hubraum Jedes Zylinders in zwei Zylinder
aufgeteilt, die zueinander parallele oder um einen kleinen Winkel geneigte Achsen
besitzen,wobei die Ebene dieser Achsen senkrecht zur Motorachse liegt. Die Ver=
brennungskammer 5 ist auf der Mittellinie der beiden gekuppel= ten Zylinder vorgesehen,und
das Kurbelgetriebe besteht aus einem dem Kolben 1' zugeordneten Hauptpleuel 2' und
aus einem dem Kolben 3' zugeordneten Nebenpleuel 4S, der auf einem Bolzen 7 angelenkt
ist, der an dem Ende des Hauptpleuels befestigt ist.
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Wie in Figur 2 gezeigt, durchläuft der Gelenkbolzen 7 des Neben pleuels
4' eine Ellipse während der Pleuelfuss eine volle Drehung um die Motorachse vollbringt.
Es ist weiterhin klar, dass der Hub des Kolbens 3' grösser ist als der des Kolbens
1' und dass die beiden oberen Totpunkte nicht zusammenfal= len, d.h. die beiden
Kolben 1' und 3' erreichen nicht in demselben Augenblick ihren oberen Totpunkt.
Bei der Ausführung gemäss Figur 2 besteht - ausschliesslich als nicht einschrtnkendes
Beispiel gegeben - eine Versetzung der zwei Totpunkt um ca. 260. Im allgemeinen
hat der Versetzungswinkel Werte zwischen 10 und 350, Wie schon zuvor gesagt, bleibt
bei Zweie taktern der Raum der Verbrennungskammer'während die Antriebs= welle 6
diese Umdrehung vollbringt, praktisch unverändert, wodurch eine bessere Mischung
und eine vollkommenere Verbrennt nung des Gasgemisches begünstigt werden.
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Daraus folgt, dass man während des Verbrennungs= hubs dem idealen
Arbeitszyklus, nach welchem diese Umwandlung
bei konstantem Raum
stattfinden sollte, sehr nahe kommen was einen Zustand darstellt, der bei den herkömmlichen
Motoren bei weitem nicht erreicht wird. Durch diese Nassnahme ist auch die notwendige
Zdndversteilung von weit geringerem Wert gegenüber den Winkelwerten,die bei den
herkömmlichen Motoren verlangt werden, und weniger veränderlich in Ab= ahängigkeit
von Drehzahlbereich~~ des Motors, wobei bei hohen Drehzahlen der.Voreilungswinkel,um
eine gerade befriedigende Verbrennung zu erreichen, beträchtlich sein musste.
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Mögliche weitere Ergänzungen und/oder Änderungen kennen von Fachleuten
an den obenbeschriebenen und darge= stellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen
Motors vorgenomeen werden, wobei im Rahmen der Erfindung geblieben wird. Die Aufteilung
des Hubraums in zwei gekoppelte Zylinder kann tatsächlich auf Jede vom konstruktiven
und technologi= schen Standpunkt mögliche Art und Weise erfolgen und am vorteilhaftesten
unter Berilcksichtigung des Verfahrens, des Typs und der Verwendung des Motors.